Вопрос 3. «Температурные напряжения в элементах корпуса»

Накопленный опыт исследования температурных полей турбин позволил получить ряд полуэмпирических зависимостей, позволяющих с достаточной точностью проводить расчёты на прочность элементов турбин. Распределение температур по стенке хорошо описывается уравнением параболы второго порядка.

Т = Т_н + ΔТ(х/δ)²

где ΔТ – температурный перепад по толщине стенки; ΔТ = Т_вн – Т_н;

Т – текущее значение температуры;

Т_вн и Т_н – температура внутренней (обогреваемой) и наружной (необогреваемой) поверхности стенки;

х - текущая координата по толщине стенки (от наружной поверхности);

δ – толщина стенки.

Данная зависимость позволяет в условиях эксплуатации контролировать режим прогрева некоторых тонкостенных (30…40 мм) деталей по показаниям только одной термопары или термометра сопротивления.

Исключить влияние температурных напряжений невозможно. Модель для элементов корпуса – плоская плита, одна поверхность которая изолирована, другая – обогревается.

Для определения максимального температурного перепада по толщине стенки может быть использована зависимость: ,

где - скорость изменения температуры стенки;

К- опытных коэффициент, соответствующий величинам (1,2…1,3),

при этом меньшая величина соответствует скорости прогревания

5…6 ^оС/мин, бóльшая – скорости прогрева более 6 ^оС/мин;

α - коэффициент температуропроводности,

λ – теплопроводность; ρ – плотность.

Эта формула справедлива как для плоской стенки, так и для трубы. Её основное преимущество заключается в том, что единственная её переменная величина чисто эксплуатационного характера – скорость изменения температуры стенки. Исследование температурных полей связано с определением основных величин, влияющих на малоцикловую прочность элементов турбины - темпера-турных напряжений. Аналитический путь их определения для сложных геометрических фигур затруднён. Применение к этим фигурам формул, для элементарных геометрических тел даёт погрешность до 50…60%. Но для оценочного расчёта их можно использовать.

При прогреве или охлаждении корпуса цилиндра в нём, как и в толстостен-ном цилиндре будут возникать три вида (по направлению) температурных напряжений: - окружные; - радиальные; - осевые. Наибольшую опасность представляют окружные напряжения, которые имеют наибольшую величину на поверхностях и определяются соотношениями

;

;

- среднеинтегральная темпемпература по толщине пластины.

R₀ – внутренний радиус корпуса;

R₁ – наружный радиус корпуса;

- коэффициент линейного расширения;

Е – модуль упругости;

- коэффициент Пуассона;

При нагревании корпуса внутренние слои, как имеющие более высокую температуру, будут испытывать напряжения сжатия, а наружные слои – напряже-ния растяжения, которые также испытывают напряжения растяжения и от давле-ния пара. Таким образом, наружные слои являются наиболее напряжёнными.

На внутренней поверхности – напряжения имеют разные знаки (от темпера-тур и давления пара) – они не опасны.

Опыт создания паровых турбин свидетельствует о том, что из всех элементов турбоагрегата, испытывающих температурные напряжения, в наиболее тяжёлых условиях находятся фланцевые соединения ЦВД и валопровод. К максимальным температурным напряжениям, которые имеют место на внутренней поверхности фланцев, добавляются напряжения от затяжки шпилек и разности температур между фланцами и шпильками.

В связи со сказанным рассмотрим явление остаточной деформации из-за ползучести (коробление) корпуса.

При неравномерной температуре по толщине стенки может возникнуть коробление корпуса. Под короблением корпуса понимают остаточную деформа-цию, которая обнаруживается после стационарной работы турбины в течение длительного периода (несколько тысяч часов) и после разборки фланцев горизонтального разъёма (см. рис.2)

Рис. 2. Коробление корпуса турбины вследствие ползучести:

а – перед сборкой корпуса; б – после разборки по истечении периода стационар-

ной работы турбины.

Рис. 3. Эпюра напряжений по толщине стенки корпуса: а) после пуска – 1;

перед остановом – 2; б) после остывания цилиндра перед его разборкой.

Коробление объясняется следующим (см. рис.3). При неравномерном по тол-щине стенки температурном поле внутренние волокна имеют более высокую температуру, чем внешние. После пуска турбины (рис.3,а) напряжения (упругие) в стенке корпуса распределяются по кривой 1: на внутренней поверхности напря-жения сжатия, на внешней – растяжения. После установления стационарного ре-жима вследствие ползучести начинается перераспределение напряжений: на внут-ренней поверхности, где температура более высокая, напряжения уменьшаются; на наружной поверхности температура ниже, но напряжения выше. Здесь напря-жения вследствие ползучести также будут снижаться. Эпюра напряжений к мо-менту останова (после длительной работы турбины на стационарном режиме) имеет вид 2. Так как после останова турбины и остывания цилиндра первона-чальные упругие напряжения исчезают, остаются напряжения определяемые разностью напряжений эпюр 2 и 1. Эта разность представляет собой остаточные напряжения в стенке (рис.3,б). Остаточные напряжения: растягивающие на вну-тренней поверхности и сжимающие на внешней. После разборки фланцев гори-зонтального разъёма остаточные напряжения обуславливают коробление корпуса. Таким образом, коробление корпуса цилиндра обусловлено остаточными напря-жениями, которые возникают в стенке вследствие неравномерной ползучести по толщине стенки. Для уменьшения коробления следует стремиться к снижению неравномерности напряжений в стенке корпуса цилиндра. При постоянной темпе-ратуре по толщине неравномерность напряжений и коробление отсутствуют. Следует применять изоляцию. Торкретирование.

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 475; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!